熱プラズマとは

熱プラズマとは — RF Induction Thermal Plasma Technology

熱プラズマは、材料を 瞬間的に溶融・蒸発・球状化・改質することができる 超高温・高エネルギー状態のプラズマです。

その中でも 高周波誘導熱プラズマ(RF-ITP:Radio-Frequency Induction Thermal Plasma)は、 電極を持たないクリーンなプラズマ源として、 高品位金属粉末の生成や高度材料処理に最適な技術として注目を集めています。

■ 熱プラズマとは?(定義)

熱プラズマ(Thermal Plasma)は、電子・イオン・中性粒子が ほぼ同じ温度(熱平衡状態)に達した高エネルギー状態の物質です。

  1. 温度:10,000〜20,000 K
  2. エネルギー密度:非常に高い
  3. 材料を溶融 → 球状化 → 冷却固化 → 高純度粉末として回収できる

熱プラズマは “ミニ太陽” と称されるほど高温で、 ナノ秒レベルで材料の状態変化が起こるため、 従来方法よりも 均一で高品質な粉末材料を得られます。

■ 高周波熱プラズマの特徴

他のプラズマ方式と異なり、RF誘導方式は 電極を使いません。 これが大きな利点になります。

✔ 電極なし → 汚染なし
金属粉末に電極由来の汚染が入らないため 高純度粉末の製造に最適。

✔ 均一で安定したプラズマ
高周波コイルでトーチ内部にプラズマを誘導し、 高温領域が広く、粉末が溶融しやすい。

✔ 連続処理が可能
バッチではなく連続供給が可能なため、 量産用の粉末処理に向く。

✔ エネルギー効率が高い
高出力(数十kW)のRF電源により高いエネルギー効率を実現。

■ 材料処理メカニズム

熱プラズマ中に供給された粉末は:

  1. 急速加熱(瞬時に溶融)
  2. 表面張力による球状化
  3. 高速冷却・固化
  4. サイクロン/フィルタで回収

というプロセスを経て、 高流動性・高球状度の粉末が生成されます。

■ 球状化プロセスの例(Ti-6Al-4V)

Ti-6Al-4V の球状化では以下の改善が得られます:

  • 球状度の向上(高い円形度)
  • 破片状粉末の減少
  • 表面の平滑化
  • 粉末流動性の向上
  • AM用途に必要な高パッキング密度の実現

RF熱プラズマは金属粉末の AM(Additive Manufacturing / 3Dプリンティング)向け前処理技術として最適です。

■ 他方式との比較

表(他社比較+スマホ横スクロール)はタブレット以上のサイズでのみ編集可能です
(実際の公開ページではタブレットサイズ以下で横スクロールが表示されます)
特徴
デメリット
RF誘導熱プラズマ
電極なし・超高温・高純度
装置構造が複雑
アークプラズマ
高温・簡易
電極消耗・汚染
プラズマトーチ
産業用途で普及
熱領域が狭い
レーザー
高精度
スループットが低い
見出し
紹介文や説明文などを記入してください
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RF方式は 最も素材に優しく・高純度で処理できる技術です。

■ 熱プラズマが選ばれる理由

  • 高純度(電極汚染なし)
  • 高球状化率
  • 流動性向上
  • 酸化の抑制
  • 高機能材料の表面改質に最適

特に、 航空宇宙/AM/高機能材料開発の分野で必須技術となっています。

■ 応用分野

  • 積層造形(AM)用粉末の前処理
  • 表面改質(コーティング用粉末)
  • 航空宇宙材料
  • 電池材料(Ni系・Si系など)
  • 半導体向け高純度材料
  • 触媒材料の改質
  • 粉末の均質化/微粒化/高純度化

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